微細円形回折格子プローブを用いたテラヘルツ帯走査型近接場顕微分光システムの開発

使用细圆衍射光栅探头开发太赫兹波段扫描近场显微光谱系统

• 批准号: 15760035
• 负责人: 山下 将嗣
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: The Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760035/
• 关键词: テラヘルツ波; 近接場; フレネルゾーンプレート; イメージング; 近接場イメージング

本研究では、微細円形回折格子プローブの開発を行い、テラヘルツ帯走査型近接場顕微分光システムの開発を目的としている。円形回折格子は、通常フレネルゾーンプレートとして振舞う。フレネルゾーンプレートの周期構造を微細化することによって、通常焦点距離は短くなる。周期構造の微細化進めると、極限的には焦点距離が0となり、円形回折格子の中心に近接場(エバネッセント波)が発生する。したがって、この近接場発生用円形回折格子プローブにテラヘルツ波を照射した状態で、測定対象をプローブに対して2次元的に走査することにより、テラヘルツイメージングを行うシステムの構築を行う。これによって、波長限界を超える走査型近接場イメージングシステムが可能と考えられる。前年度は回折プロー、近接場システムの導入を行う前段階として、2対の軸外し放物面鏡によってテラヘルツ波の集光を行う、波長限界によって制限される空間分解能を有するテラヘルツ時間領域分光イメージングシステムを構築した。本システムでは、放物面鏡の開口数によって決まる回折限界の空間分解能でイメージングを行うことに成功している。また、近接場用円形ブ設計への基礎として、シリコンを用いて焦点距離の異なるフレネルゾーンプレートの設計を行った。シリコンは通常、キャリア密度によって光学特性が異なるが、高抵抗シリコンはテラヘルツ帯で屈折率が一定であり、テラヘルツ帯の光学材料に適している。本年度は、前年度の設計に従い通常のフレネルゾーンプレートの作製を試み、テストパターンの測定によりその性能評価を行った結果、波長に反比例して増大する空間分解能及び焦点距離が得られた。

这项研究旨在开发出精细的圆形衍射光栅探针并开发Terahertz波段扫描近光谱镜检查系统。圆形光栅通常用作菲涅耳区板。通过小型化菲涅耳区板的周期结构，缩短了正常的焦距。随着周期结构的完善，焦距从极端的角度变为零，并且在圆形衍射光栅的中心产生了近场（evanevenscent波）。因此，通过在二维状态下扫描针对探针的测量目标来构建用于执行Terahertz成像的系统，在二维状态下，通过Terahertz Wave辐射了用于产生近场的圆形衍射光探针。这使得拥有超过波长极限的扫描近场成像系统。在上一年，作为引入衍射探针和近场系统的初步阶段，我们构建了一个Terahertz时域光谱成像系统，其空间分辨率受波长极限限制为限制的空间分辨率，并使用两对离轴寄生虫侧面镜像侧重于Terahertz波。该系统已通过抛物线镜的数值光圈确定的衍射极限的空间分辨率成功地进行了成像。此外，作为近场羽状圆形设计的基础，使用硅设计了具有不同焦距的菲涅尔区板。硅通常取决于载体密度，具有不同的光学性能，但是高电阻硅在Terahertz带中具有恒定的折射率，使其适用于Terahertz带中的光学材料。今年，我们试图根据上一年的设计制造正常的菲涅尔区板板，并通过测量测试模式评估其性能，从而导致空间分辨率和焦距与波长相反。

项目成果

T.Kiwa, M.Tonouchi, M.Yamashita, K.Kawase: "Laser-terahertz emission microscope for inspecting electrical faults in integrated circuits"OPTICS LETTERS. 28. 2058 (2003)

T.Kiwa、M.Tonouchi、M.Yamashita、K.Kawase：“用于检查集成电路中电气故障的激光太赫兹发射显微镜”光学快报。